Оценка механических характеристик кристаллов соляных пород на основе математической модели процесса наноиндентирования на зондовом силовом микроскопе Dimension Icon


Цитировать

Полный текст

Аннотация

Зондовый силовой микроскоп (ЗСМ) Dimension Icon применяется как для оценки рельефа поверхности исследуемого образца, так и для получения силового отклика образца при взаимодействии кантилевера (индентора специальной формы, расположенного на конце упругой консоли) с поверхностью образца. При этом, в отличие от других приборов, например NanoTest-600, где в результате индентирования исследователь получает величину твердости и эффективного модуля упругости с помощью программного обеспечения, «зашитого» в данный прибор, ЗСМ позволяет получить только кривую отклонения индентора в зависимости от перемещения основания кантилевера. Зная коэффициент жесткости на изгиб упругой консоли, исследователь может самостоятельно определить кривую «усилие-перемещение» индентора на этапе нагрузки и разгрузки. Далее возникает задача интерпретации полученной кривой: каким образом можно оценить механические характеристики материала на ее основе? Ответ на этот вопрос зависит, в частности, от характера механического поведения материала. Для диапазона глубин индентирования, превышающих головную сферическую часть зонда кантилевера, при предположении упруго-идеально-пластической модели материала рассмотрена двумерная осесимметричная задача индентирования образца на этапе нагрузки и разгрузки. Численное моделирование осуществлено в пакете ANSYS в рамках контактной задачи в предположении абсолютно жесткого наконечника кантилевера. Путем обработки результатов вычислительного эксперимента предложена методика оценки предела текучести и модуля упругости поверхностных слоев образца. На основе данных ранее проведенных экспериментов получены конкретные значения механических характеристик для кристаллов соляных пород.

Об авторах

Валерий Нагимович Аптуков

Пермский государственный национальный исследовательский университет

Email: aptukov@psu.ru
доктор технических наук, профессор Россия, 614000, Пермь, Букирева, 15

Виктор Юрьевич Митин

Пермский государственный национальный исследовательский университет

Email: victormitin@ya.ru
без ученой степени, без звания Россия, 614000, Пермь, Букирева, 15

Список литературы

  1. Барях А. А., Константинова С.А., Асанов В. А., Деформирование соляных пород, УрО РАН, Екатеринбург, 1966, 203 с.
  2. Константинова С. А., Чернопазов С. А., "Развитие наследственной модели деформирования и разрушения соляных пород", ФТПРПИ, 2004, № 1, 50-61
  3. Константинова С. А., Аптуков В. Н., Некоторые задачи механики деформирования и разрушения соляных пород, Наука, Новосибирск, 2013, 192 с.
  4. Соловьев В. А., Аптуков В. Н., Ваулина И. Б., Поддержание горных выработок в породах соленосной толщи: теория и практика, Наука, Новосибирск, 2017, 264 с.
  5. Ставрогин А. Н., Протосеня А. Г., Механика деформирования и разрушения горных пород, Недра, М., 1992, 264 с.
  6. Карташов Ю. М., Матвеев Б. В, Михеев Г. В, Фадеев А. Б., Прочность и деформируемость горных пород, Недра, М., 1979, 269 с.
  7. Зильбершмидт В. Г., Зильбершмидт В. В., Наймарк О. Б., Разрушение соляных пород, Наука, М., 1992, 144 с.
  8. Проскуряков Н. М., Пермяков Р. С., Черников А. К., Физико-механические свойства соляных пород, Недра, Л., 1973, 272 с.
  9. Суслов А. А., Чижик С. А., "Сканирующие зондовые микроскопы (обзор)", Материалы. Технологии. Инструменты, 2:3 (1997), 78-89
  10. Mironov V. L., Fundamentals of scanning probe microscopy, Nizhniy Novgorod, 2004, 97 pp.
  11. Sarid D., Scanning force microscopy with applications to electric, magnetic and atomic forces, Oxford University Press, New York, 1994
  12. Oliver W. C., Pharr G. M., "An improved technique for determining hardness and elastic modulus using load and displacement sensing indentation experiments", J. Mater. Res., 7:6 (1992), 1564-1583
  13. Oliver W. C., Pharr G. M., "Measurement of hardness and elastic modulus by instrumented indentation: Advances in understanding and refinements to methodology", J. Mater. Res., 19:1 (2004), 3-20
  14. Fischer-Cripps A. C., Nanoindentation, Mechanical Engineering Series, Springer-Verlag, New York, 2004, xxii+264 pp
  15. Аптуков В.Н., Митин В. Ю., "Фрактальные и механические свойства кристаллов сильвина и галита в микро- и нанодиапазоне", Вестн. Сам. гос. техн. ун-та. Сер. Физ.-мат. науки, 21:3 (2017), 481-495
  16. Menčík J. A., Munz D., Quandt E., Weppelman R., "Determination of elastic modulus of thin layers using nanoindentation", Meccanica, 42:1 (2007), 19-29
  17. Sun Y., Zheng S., Bell T., "Indenter tip radius and load frame compliance calibration using nanoindentation load curves", Philosophical Magazine Letter, 79:9 (2007), 649-658
  18. Panich N., Yong S., "Improved method to determine the hardness and elastic moduli using nano-indentation", KMITL Science Journal, 5:2 (2005), 483-492
  19. Головин Ю. И., "Наноиндентирование как средство комплексной оценки физико-механических свойств материалов в субмикрообъемах (обзор)", Заводская лаборатория. Диагностика материалов, 2009, № 1, 45-59
  20. Гаришин О. К., "Моделирование взаимодействия зонда атомно-силового микроскопа с полимерной поверхностью с учетом сил Ван-дер-Ваальса и поверхностного натяжения", Наносистемы: физика, химия, математика, 2:3 (2012), 47-54
  21. Морозов И. А., Ужегова Н. И., "Определение механических свойств материалов на основе моделей взаимодействия зонда атомно-силового микроскопа с поверхностью образцов", Вычислительная механика сплошных сред, 7:4 (2014), 385-397
  22. Седов Л. И., Методы подобия и размерности в механике, Наука, М., 1977, 203 с.
  23. Аптуков В. Н., Митин В. Ю., Молоштанова Н. Е., Морозов И. А., "Механические характеристики карналлита, шпатовой соли и сильвинита в нанодиапазоне", ФТПРПИ, 2013, № 3, 49-56
  24. Аптуков В. Н., Константинова С. А., Скачков А. П., "Механические свойства карналлита, сильвинита и каменной соли Верхнекамского месторождения", ФТПРПИ, 2010, № 4, 13-20
  25. Аптуков В. Н., Митин В. Ю., "Механические и фрактальные свойства поверхности кристаллов соляных пород в нанодиапазоне и их влияние на трещиностойкость и смачиваемость", ФТПРПИ, 2016, № 4, 29-38

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать

© Самарский государственный технический университет, 2019

Creative Commons License
Эта статья доступна по лицензии Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».